电子电路的基本分类

在电子技术中，按电路所具有的功能来说，电子电路主要包括放大电路、运算电路、信号产生电路、频率变换电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、自动控制电路等等。此外，按电路的制作方法来说，电子电路有分立元件电路和集成电路两大类。前者是由彼此孤立的电子元器件在线路板上用导线或印制导线连接而成的；后者是将电子元器件和导线都集中地制作在半导体基片或陶瓷、玻璃等绝缘基片上，构成一个完整的电路或电路系统。这些基本电路是许多电子仪器、通信工具等设备处理各种信号和实现各种功能的基础。了解这些电路的基本功能及用途是掌握电子技术基础知识的基本要求，也是进一步学习现代电子技术的前提条件。

（1）放大电路 用来对电信号进行幅度放大的电路叫作放大电路（又称为放大器，Am-plifier），它是应用最为广泛的电子电路之一，也是构成许多电子仪器设备的基本单元电路。例如各种收录机、电视、电话、电子测量仪器等电子设备中都含有各种放大电路，实现对信号的放大。放大的基本特征是放大后的信号（即输出信号）与放大前的信号（即输入信号）波形一样（频谱成分与相对比例相同），只是信号的幅度增大了。若放大的是交流信号，则放大后的信号与放大前的信号频率与周期相同。

构成放大器的核心器件是晶体管，其主要特性是在一定的工作条件下（设置合适的静态工作点），当其输入端有输入信号作用时，输出电流可以受到输入电压或电流的控制和放大作用，即使输入信号电压或电流仅有微弱的变化，也会在输出端产生较大的电流变化（其详细特性和功能见第3章）。

放大电路的基本组成如图1-2所示，放大电路可以看作是一个二端口网络（也叫作双端口网络，Two Port network），并且在频率不高的情况下，可以视为线性电路。

图1-2 放大电路的基本组成

图中信号源u_S（Signal Sourcer）是所需要放大的电信号，它可以由将非电信号物理量变换为电信号的换能器提供，也可以是前一级电子电路的输出信号，其等效电路为电压源u_S和电阻R_S串联、或者是电流源i_S和电阻R_S并联的模型。

从放大器的输入端看去，一般情况下（如工作频率不高）放大器可以等效为一个电阻，即放大器的输入电阻R_i（Input Resistance），如图1-3a所示。输入电阻的高低表示放大器对信号源或前级电路影响的大小，输入电阻越高，说明放大器对信号源或前级电路的影响越小。

图1-3 放大电路的输入等效电路与输出等效电路

从图1-3a容易看出放大器输入电压与信号源之间的关系为

即输入电压与信号源电压之间的有效值之比为

若以为横坐标、为纵坐标，可以得到如图1-4所示的曲线。该曲线可以表明在U_S、R_S一定的情况下，U_i与R_i之间的变化关系。

从曲线上可以看出，越大，越接近于1，如果R_i＞＞R_S，则有U_i≈U_S，即此时信号源电压几乎全部输入给放大器，或者说放大器对信号源几乎没有影响。反之，如果R_i＜＜R_S，则有U_i≈0，即此时信号源电压几乎不能输入给放大器，或者说放大器对信号源的影响大到极限。

图1-4 放大器输入电压与输入电阻之间的变化关系

从放大器的输出端看去，一般情况下放大器可以等效为一个电压源与一只电阻相串联，即放大器的开路电压u_oc与输出电阻R_o（Output Resistance）相串联的模型，如图1-3b所示。当然，也可以视为等效电流源与输出电阻相并联的模型。输出电阻的高低表示放大器对负载（R_L）影响的大小，即放大器带负载能力的强弱。输入电阻R_o越低，说明放大器带负载能力越强。

从图1-3b容易看出放大器的输出电压（负载两端电压）与输出端开路电压之间的关系为

如果R_o＜＜R_L，则有u_o≈u_oc，即此时放大器输出端的等效电源电压（即开路电压u_oc）几乎全部传输给负载，或者说负载对放大器几乎没有影响，亦即放大器带负载的能力很强。反之，如果R_o＞＞R_L，则有u_o≈0，即此时负载几乎不能获得放大器输出的电压信号，或者说放大器无带负载能力。

常用的放大电路主要有晶体管放大电路、场效应管放大电路、低频（音频）功率放大电路、高频小信号调谐放大电路、高频功率放大电路等等。

（2）运算电路 能够实现运算功能的电路称为运算电路（Operational Circuit），常用的运算电路主要有比例运算电路、加减法运算电路、微分运算电路、积分运算电路、指数运算电路、对数运算电路等。

运算电路主要采用集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier）（简称集成运放）和反馈（Feedback）电路构成。集成运放的基本特性是其输入电阻很大，输出电阻很小，开环电压增益非常大（详见第4章）。反馈是指将输出信号的一部分或全部通过某种电路（反馈网络）引回到输出端的过程。集成运放与反馈网络结合起来即可以实现一些运算功能。

（3）信号产生电路 不需外加交流输入信号（但需加上直流电源），就能自行产生一定频率和幅度交流信号的电路称为信号产生电路（又称信号发生器，Signal Generater），也叫作振荡器（Oscillator）。振荡器实际上是一种将直流能量转换成交流能量的换能器（Energy Converter）。图1-5是正弦波振荡器和三角波振荡器的示意图，其详细的电路结构和原理将在第5章中学习。

图1-5 信号产生电路举例

通常把既能产生正弦波又能产生三角波、方波等非正弦输出信号的电路或电子仪器叫作函数信号发生器（Function Generator）。一般电子实验室中经常使用函数信号发生器作为电子测量用的信号源。

振荡器一般由直流电源、放大器、选频网络、反馈网络和稳幅网络等部分组成。

直流电源为振荡器提供正常工作的条件，选频网络决定了振荡器的振荡频率，有时可由反馈网络兼做选频网络。选频网络一般为LC谐振回路、RC串并联选频网络、RC移相网络等。反馈网络将放大器输出的电压信号反馈到输入端，并且形成正反馈（Positive Feed-back）。稳幅环节可使振荡器的输出电压幅度稳定，一般由电路中作为负反馈的网络构成。(www.xing528.com)

（4）频率变换电路 能够将输入信号的频率（或频谱）按照某种特定的关系变换成具有新的频率（或频谱）输出信号的电路叫作频率变换电路（Frequency Conversion Circuit）。

在电子技术、通信技术等领域，频率变换（或称频谱变换）是十分重要的概念。例如通信技术中的调制与解调过程就是典型的频率变换过程。

前面提到，正弦信号是最基本的信号，任何一个复杂信号都可以看成由许多不同频率、不同振幅的正弦信号叠加而成的。信号的频谱是指组成信号的各个正弦分量按频率的分布情况，若以频率f（或角频率ω）为横坐标、各个频率正弦分量的振幅（A_m）为纵坐标，画出按频率分布的线段，就得到信号的振幅频谱图，简称频谱图。一般实现频率变换的方法利用的是半导体器件（如二极管、晶体管等）的非线性特性，例如具有平方律或相乘作用的特性。

（5）集成电路 是在同一块半导体材料上，利用各种不同的方法，同时制造出许多极其微小的电阻、电容及晶体管等元器件，并将它们连接起来，使之成为具有特定功能的电路。

集成电路家族十分庞大，按不同的方式可以分成不同大类。分类方式可以是按制作工艺、按实现的功能、按集成度等。

按制作工艺分类有：

1）膜集成电路：分为薄膜电路、厚膜电路。

2）半导体集成电路：包括双极型电路、CMOS型电路。

3）混合集成电路。

按功能分类有：

1）数字集成电路：产生、处理数字信号的电路。输入输出为高、低两种电平，并能进行运算、存储、传输及转换。

2）模拟集成电路：数字集成电路以外的集成电路。产生、处理模拟信号的电路。

3）接口集成电路：连接和转换信号的电路。

4）特殊集成电路：具有特殊功能，不能归纳为以上三种电路的集成电路。

模拟集成电路虽然在集成密度上，一个基片（最复杂电路）几乎不能集成超过一万个的元器件，而经常是不超过几百个的元器件，不能与在一个基片上集成上百万、千万甚至超亿个元器件的数字电路相比，但在精度与功能上却发展到了可与数字电路相匹配的崭新水平。

作为模拟集成电路超高水平代表之一的20～22位的数-模和模-数转换器，与当代数字电路及技术完全同步；在模拟集成电路中一向居主导地位的各种功能的超高性能的集成运放，可与当代数字技术相适应。

按集成度分类有：

1）小规模集成电路（SSI）：1～10等效门/片或10～100个元器件/片。

2）中规模集成电路（MSI）：10～100等效门/片或100～1000个元器件/片。

3）大规模集成电路（LSI）：10²以上等效门/片或10³以上个元器件/片。

4）超大规模集成电路（VLSI）：10⁴以上个等效门/片或10⁵以上个元件/片。

集成电路有多种外部封装形式，如图1-6所示，其中a为双列直插封装，b为单列直插封装，c为圆壳封装，d为F型封装，e为扁平封装，f为方形封装（平面）。各种封装规模尺寸都有严格的规定，并且各引线功能因片而异，使用时应查阅有关集成电路的手册或产品说明书。

图1-6 集成电路的封装形式

集成电路的主要特点是体积小、重量轻、可靠性高、功耗小，便于大量生产，成本较低。集成电路将元器件和连接导线直接制作在半导体基片上，其几何尺寸和重量都比分立元器件电路缩小了上百倍、千倍甚至万倍。

半导体集成电路不仅可以代替分立元器件电路，而且还可以根据集成电路的工艺特点，制作出很多分立元器件无法实现的电路或分立元器件电路所无法达到的技术指标。电子电路集成化以后，使整个电路中的焊点数目大大减少，从而使电路的工作可靠性大大提高。所以说集成电路技术指标先进，工作可靠性高。集成电路在电路设计中，充分考虑了减小电路的功耗，这就使得在功能大体相当的条件下，比分立元器件电路的功耗要小得多。“可修性差”是集成电路的一个很明显的缺点，集成电路内部的任何一个元器件损坏，都有可能造成整个电路的损坏，并且难以修复。为此，在电路设计和应用过程中，要考虑采取较为完善的保护措施，要注意正确使用，防止因使用不当而造成的损坏。

我国产集成电路产品的命名方法如表1-1所示。

表1-1 国产集成电路型号组成、符号及意义